在線細化及處理工藝對5052鋁合金陽極氧化料材料線的影響

徐正權

（中國鋁業集團高端制造股份有限公司，重慶 400050）

0 前言

鋁鎂合金具有密度小、強度高、質量輕、抗壓性強、散熱性好等特點。鋁鎂合金能充分滿足3C產品高度集成化、輕薄化、微型化、電磁屏蔽及散熱的要求[1]。鋁合金材料還具有材料染色性強、耐高溫、抗靜電、觸摸不留痕跡、環保無毒等優點。早期，由于成本高、成型工藝困難等問題，鋁鎂合金多應用于高端產品，但隨著鋁加工技術的不斷進步和鋁合金成形、陽極氧化技術的發展，鋁鎂合金已廣泛應用于電子類產品外殼[2]。

5052鋁合金為Al-Mg系中具有代表性的消費類民用高端產品，具有良好的抗疲勞性能、焊接性能、耐蝕性能和表面處理性能，廣泛應用于高表面質量要求的3C電子類產品[3]。該合金制品的陽極氧化材料線缺陷一直是產品質量面臨的主要問題。潘禎[4]等對熱連軋和冷連軋過程中產生的表面缺陷進行了原因分析，并提出了控制措施。本文主要從熔鑄工藝對該缺陷的影響進行分析，并提出相應解決措施。

1 試驗材料

5052合金陽極氧化料的化學成分如表1所示。

表1 5052合金化學成分（質量分數/%）

從用戶處取了經陽極氧化后的5052 鋁合金筆記本外殼黑條缺陷樣品1#和2#，其宏觀形貌如圖1和圖2所示。

圖1 1#筆記本外殼陽極氧化黑條宏觀形貌

2 試驗結果與分析

在掃描電鏡下觀察缺陷樣品異常處的形貌如圖3所示。缺陷呈坑狀并為連續分布，腐蝕坑內有異物夾雜。缺陷能譜分析結果見表2。1#缺陷樣品主要為氧化物夾雜，2#缺陷樣品主要為鈦硼化合物的聚集團塊。

圖3 1#和2#缺陷樣品電鏡形貌

表2 缺陷樣品能譜結果（質量分數/%）

3 缺陷產生機理分析

郭海霞[2]等研究指出，由鋁合金材料本身引起表面陽極氧化膜缺陷的原因主要有3種，即鋁合金材料表面加工質量問題、鋁合金基體組織不均勻以及晶粒的異常變化。從上述檢測結果分析，經陽極氧化后的筆記本外殼產生的黑條缺陷中含有氧化膜、鈦硼化合物夾雜。該位置在化學拋光或酸洗過程中，腐蝕速度大于鈍化膜形成速度，發生了局部腐蝕，形成了表面缺陷。在最后的陽極氧化處理后，該表面缺陷部位以“黑條”形式呈現出來。該缺陷為基材缺陷，為熔鑄原因造成，下文將從熔鑄方向對該缺陷成因進行具體分析。

3.1 細化劑夾雜

為了獲得晶粒細小、均勻的鑄錠，變形鋁合金在鑄造過程中離不開在線細化。目前在變形鋁合金的細化中使用最多的是鋁鈦硼晶粒細化劑。但TiB2粒子的聚集是鋁鈦硼晶粒細化劑的主要缺點之一，特別是密集型團聚體TiB2粒子的副作用明顯，不僅堵塞過濾器，穿過過濾器的團聚體TiB2粒子還會以夾雜形式存在于鑄錠中，從而影響產品在后續加工過程中的性能和外觀。

目前在變形鋁合金的細化中用的最多的是AlTi5B1 和AlTi5B0.2 兩種晶粒細化劑。AlTi5B1 晶粒細化劑比AlTi5B0.2晶粒細化劑含B量高，TiB2粒子數量更多（見圖4），晶粒細化能力更加穩定，但其缺點是更容易形成TiB2團聚體（見圖4（d）），而細化劑本身TiAl3及TiB2粒子的大小、分布均勻性，是否含有夾雜物等也對最終制品的細化效果和內部冶金質量有著顯著影響。

圖4 微觀組織圖（200X）

圖5 是使用ABB 公司LiMCA III 在線測渣儀對5052 合金陽極氧化料的一個測渣結果。測渣位置在深床過濾器后，在橫坐標10：46 之前細化劑加入量為1.2 kg/t，之后的細化劑加入量調整為1.6 kg/t，渣含量N20平均值從之前的4.5 K/kg左右上升到8.5 K/kg 左右。細化劑的用量和熔體中的渣含量呈正比例相關，而且尺寸大于20 μm的渣子深床過濾器無法完全攔截。

綜上所述，細化劑類型、細化劑本身質量、細化劑用量影響著產品的最終質量，在陽極氧化料的生產中需要特別關注。

3.2 在線除氣除渣

為了更好地去除鋁合金熔體中的渣、氫氣、堿金屬等，氯氣通常被用于在線除氣過程中。由于氯氣反應生成AlCl3、HCl等及相應產物，在熔體里的上升過程中可起到化合除氫、擴散除氫和浮選除渣的作用。同時氯氣可以和鎂及堿金屬反應生成相應的鹽，起到熔劑的作用，促進渣液更好的分離。但氯氣的使用對細化劑的影響卻鮮有研究。

圖6 是使用ABB 公司LiMCA III 在線測渣儀對5052 合金陽極氧化料的一個測渣結果。測渣位置在深床過濾器后，在橫坐標11：15 之前在線除氣裝置使用氯氣，之后停止使用氯氣，渣含量N20平均值從之前的8.5 K/kg 左右下降到4 K/kg 左右。在其他條件不變的情況下，在線除氣裝置使用氯氣時，熔體中的渣含量明顯偏高，停止使用氯氣后，渣含量顯著降低，但造成渣含量升高的具體物質及氯氣對其影響的機理尚不清楚。

圖6 在線除氣是否加入氯氣的渣含量對比

同時，為了進一步研究熔體夾雜中含有的具體物質，對在線除氣裝置底部結渣取樣進行了分析，其電鏡形貌如圖7 所示，能譜結果見表3。由表3可知，底渣中含有大量氧化物、氯化物和鈦硼化合物。

圖7 除氣裝置底渣電鏡形貌

表3 除氣裝置底渣能譜結果（質量分數/%）

從上述試驗和分析結果可以看出，氯氣的使用可能有促進TiB2團聚的負面效果，在考慮使用氯氣進行熔體凈化的同時要注意其對細化劑產生的負面效果。在線除氣裝置需要定期進行放料清理，以減少氧化物、氯化物和鈦硼化合物等的聚集沉淀對熔體質量造成的影響。

4 結論

通過對5052 合金陽極氧化料材料線的缺陷及其影響因素的分析，得出以下結論：

（1）熔體中TiB2團聚物和氧化渣是導致陽極氧化料出現材料線缺陷的主要原因。

（2）AlTi5B1 較AlTi5B0.2 絲更容易形成TiB2化合物的團聚，用于陽極氧化料生產的晶粒細化劑應選用質量穩定可靠的A級絲。

（3）熔體中的渣含量隨細化劑用量的增加而增加。

（4）在線除氣裝置中氯氣的使用可能對TiB2的團聚有促進作用。

（5）在線除氣裝置底部沉積TiB2團聚物及氧化渣較多，需定期清理。

（6）深床過濾裝置對尺寸在20 μm 以上的熔體夾雜無法完全攔截。